L'immagine, prodotto nella galleria del vento del Laboratorio PRISME dell'Università di Orléans, Francia, mostra come l'aria fluisce attraverso una replica in scala 1:3 di Huygens, come visualizzato utilizzando il fumo bianco. È stato preso come parte dei test subsonici eseguiti dal 2017 al 2019 per determinare come la sonda Huygens dell'ESA ha ruotato durante la sua discesa su Titano. Huygens è stato rilasciato da Cassini girando in senso antiorario ma, circa 10 minuti dopo essere entrati nell'atmosfera di Titano, la rotazione della sonda si è inaspettatamente invertita per diventare in senso orario. Ha continuato a girare in questo modo per il resto della discesa; per fortuna, l'entità di questa rotazione inversa era simile a quella attesa dai ricercatori, il che significa che il ribaltamento inaspettato ha influenzato i tempi delle osservazioni pianificate, ma non ha influito drasticamente sulla loro qualità. I recenti test ora confermano la causa di questo capovolgimento in direzione di rotazione. Mentre la sonda era dotata di alette per regolarne la rotazione, altre appendici della navicella producevano una coppia in direzione opposta; questo è stato solo esacerbato dal modo in cui queste alette hanno reindirizzato il flusso di gas attorno al corpo della sonda, in modo che un 'negativo' complessivo, o in senso orario, effetto di rotazione è stato creato. Ci sono anche indicazioni che i bracci dell'Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) potrebbero non essere stati dispiegati completamente o simmetricamente durante la discesa; questo effetto è oggetto di ulteriori indagini. Credito:CNRS/LPC2E/PRISME
Quindici anni fa oggi, La sonda Huygens dell'ESA ha fatto la storia quando è scesa sulla superficie della luna di Saturno Titano ed è diventata la prima sonda ad atterrare con successo su un altro mondo nel sistema solare esterno. Però, durante la sua discesa, la sonda ha iniziato a girare nella direzione sbagliata e test recenti ora rivelano il perché.
Lanciato nel 1997, la missione NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens rimane iconica e ha contribuito enormemente alla nostra comprensione di Saturno e della sua luna Titano dal suo arrivo sul pianeta con gli anelli alla fine del 2004.
La missione comprendeva un orbiter, Cassini, che è andato in orbita attorno a Saturno per oltre 13 anni dopo essere diventato il primo veicolo spaziale a farlo, e una piccola sonda atmosferica, il lander Huygens dell'ESA, che si è diretto verso il basso per esplorare le proprietà fisiche e l'atmosfera di Titano il 14 gennaio 2005.
La rischiosa discesa di Huygens è durata due ore e 27 minuti, e i dati raccolti dalla piccola sonda sono proseguiti per facilitare una vasta gamma di scoperte su questa affascinante luna.
Il lander ha restituito le prime misurazioni in situ dell'atmosfera di Titano, determinandone la pressione, densità e temperatura da un'altitudine di 1400 km fino alla superficie. Il Doppler Wind Experiment (DWE) della sonda ha individuato forti venti est-ovest nell'atmosfera lunare, alcuni dei quali ruotavano più velocemente della luna stessa. Fa luce sul motivo per cui l'atmosfera di Titano contiene metano, azoto, e minuscoli aerosol, e in che quantità, e rilevato segni di processi e caratteristiche geologiche all'interno della luna come criovulcanesimo e, potenzialmente, un grande oceano sotterraneo.
Tagliando ed esplorando la fitta foschia che avvolge la luna, la sonda ha anche aiutato gli scienziati a visualizzare la superficie di Titano, restituendo prove di attività acquatiche passate, come alvei e reti di drenaggio prosciugati e bacini lacustri da tempo vuoti, e osservazioni delle vaste dune di sabbia e ghiaccio.
Però, una cosa è rimasta un mistero:perché Huygens ha girato nella direzione "sbagliata" durante la sua discesa. La sonda è stata rilasciata da Cassini ruotando in senso antiorario a una velocità di 7,5 rotazioni al minuto. A causa del design della sonda, la sua velocità di rotazione ha contribuito a mantenere stabile Huygens in primo luogo poiché ha trascorso tre settimane a scendere per inerzia verso Titano, e poi quando alla fine è entrato nell'atmosfera della luna.
Sebbene Huygens inizialmente si sia comportato come previsto, durante la discesa la velocità di rotazione della sonda è diminuita molto più rapidamente del previsto, prima di invertire dopo circa 10 minuti per adottare un senso orario. Ha continuato a girare così per le restanti due ore e 15 minuti di discesa; per fortuna, l'entità di questa rotazione inversa era simile a quella attesa dai ricercatori, il che significa che il ribaltamento inaspettato ha influenzato i tempi delle osservazioni pianificate, ma non ha influito drasticamente sulla loro qualità.
Precedenti studi hanno studiato questo comportamento (ad esempio uno studio condotto da Vorticity nel 2014-2015) e recenti test in galleria del vento subsonico presso il Laboratorio PRISME dell'Università di Orléans, Francia, ora conferma la causa principale. Lo studio è stato condotto dal 2017 al 2019 nell'ambito di un contratto ESA con LPC2E/CNRS-Università di Orléans.
Questo grafico mostra il "profilo di spin" della sonda Huygens dell'ESA mentre scendeva sulla superficie della luna di Saturno Titano il 14 gennaio 2005:la linea tratteggiata mostra il profilo previsto, mentre la linea continua mostra il profilo effettivo come tracciato dai sensori tecnici di bordo della sonda. L'asse orizzontale indica l'ora UTC e l'asse verticale la velocità di rotazione (in giri al minuto). Credito:riprodotto da Lebreton et al. (2005)
Huygens era dotato di 36 alette angolate utilizzate per controllare la rotazione del modulo di discesa. Però, due delle principali appendici della sonda, il Sottosistema di Separazione (SEPS) e le antenne Radar Altimeter (RA), effettivamente ha prodotto una coppia inaspettata opposta a quella prodotta dalle palette. Questo effetto è stato amplificato quando le alette hanno alterato il flusso di gas attorno al modulo di discesa in modo da aumentare l'ampiezza della "coppia negativa" - l'effetto che ha fatto invertire la direzione di rotazione di Huygens - fino a superare l'influenza delle alette.
La risoluzione di questo mistero ingegneristico aiuterà a informare la progettazione delle sonde di ingresso in futuro, promuovere la nostra esplorazione del sistema solare.
C'erano anche indicazioni che i bracci dello strumento Huygens Atmospheric Structure (HASI) potrebbero non essere stati completamente dispiegati durante la discesa, quindi test specifici sono stati eseguiti in tre diverse configurazioni:stivato, schierato, e semidispiegato e ha confermato che una coppia negativa può sorgere in uno schieramento non simmetrico. Questo effetto è oggetto di ulteriori indagini.
